本文结合我国对轨道交通制动领域服役安全性要求的重大工程需求,以28Cr Ni Mo制动盘材料和实际服役制动盘为研究对象,采用理论和试验相结合的方法,开展了高速列车制动盘摩擦面裂纹扩展和微结构演化的研究。本文所研究的制动盘材料28Cr Ni Mo为中碳低合金钢,其原始组织为回火索氏体,所测算的断裂韧性KIC为117.9 MPa·m1/2、疲劳裂纹扩展门槛值△Kth为9.9MPa·m1/2。对有热裂纹试样和无热裂纹试样进行了摩擦磨损试验。发现无热裂纹试样的摩擦系数随时间变化先增加、随后达到稳定值,有热裂纹试样的摩擦系数基本保持不变、且具有较小的摩擦系数和磨损量,试验结果表明热裂纹会减弱钢质制动盘的摩擦磨损性能;冷热疲劳试验研究表明制动盘表面的裂纹主要是由于承受交替冷热载荷造成的,与机械应力引起的开裂型裂纹相比,其在较低温度梯度的冷热循环下就能萌生。开展了制动盘摩擦面温度演化试验研究。结果表明制动过程中制动盘的摩擦面首先出现高温环带,然后扩展到整个摩擦表面,高温环带由热区和冷区交替组成;制动过程中最高温度的变化分为三个阶段,即快速上升、稳定和缓慢下降阶段;受温度的影响,摩擦系数的演变也包括三个阶段,即快速上升、缓慢下降和再次增加阶段;采用一维热传导方程预测制动过程中盘面的最高温度,预测结果与试验结果接近;采用有限元法模拟方法得到的热应力小于材料的屈服强度,重复制动引起的循环热应力是制动盘热裂纹形成的主要原因。研究了制动盘摩擦面热裂纹扩展行为。试验结果表明摩擦制动过程中制动盘摩擦面首先形成龟裂纹,随后径向分布的龟裂纹发展成径向主裂纹;龟裂纹萌生机理是制动过程中制动盘表面摩擦生热,盘面存在热应力,从而在盘面形成龟裂纹;龟裂纹中只有径向的裂纹发展形成主裂纹,这是由于龟裂纹的形成导致摩擦面的表面粗糙度增加、其局部摩擦力形成应力集中所导致的;制动盘表面裂纹的扩展形式是尺度较长的、通常也是深度方向尺寸大的裂纹扩展较慢,尺寸小的、通常也是深度方向尺寸小的扩展较快并与长裂纹汇合,实现裂纹的扩展,其原因归结于热应力和表面摩擦力的分布都是接触面处大且随着表面向内部深度增加而减小,导致短的裂纹尖端的驱动力大,长的裂纹尖端的驱动力反而小,由此表现为短的裂纹扩展速率大于长裂纹的扩展速率;基于台架试验获得的制动盘摩擦面裂纹扩展结果,开展了制动盘损伤容限和剩余寿命评估研究,建立了制动盘某一区域的裂纹群的制动次数和总长度增量的关系N（28）10（（35）a（10）42）/15,利用该经验公式可以进行实际服役制动盘基于裂纹长度的剩余寿命评估。研究了制动盘摩擦面组织演化。利用电子背散射衍射和透射电镜对白层组织的微结构进行了分析,结果表明白层组织存在纳米级的铁素体晶粒;硬度测试结果表明,硬度分布呈现梯度分布特征,表层硬、心部软;力学测试结果表明,白层组织可以改善制动盘摩擦面的力学性能,也有可能会增加闸片的磨损量;考虑到白层组织和基体之间没有明显边界,制动过程中的温度低于奥氏体转变温度,表层纳米晶铁素体的形成主要归因于制动盘和闸片之间的表面塑性变形。论文研究丰富了高速列车钢质制动盘的摩擦面裂纹扩展和微结构演化机制及其相关理论,对我国高速列车钢质制动盘的服役可靠性、修程修制优化、旧盘再使用具有重要的工程指导意义。